EP3541626B1 - Procédé et système de contrôle d'usinage pli à pli de matériau multicouche - Google Patents

Procédé et système de contrôle d'usinage pli à pli de matériau multicouche Download PDF

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EP3541626B1
EP3541626B1 EP17811201.7A EP17811201A EP3541626B1 EP 3541626 B1 EP3541626 B1 EP 3541626B1 EP 17811201 A EP17811201 A EP 17811201A EP 3541626 B1 EP3541626 B1 EP 3541626B1
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EP
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ply
machining
pixel
orientation
orientations
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François CENAC
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Bayab Industries
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Bayab Industries
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Publication date
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    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
    • G01B11/303—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces using photoelectric detection means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/24—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves
    • B23Q17/2452—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves for measuring features or for detecting a condition of machine parts, tools or workpieces
    • B23Q17/2471—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves for measuring features or for detecting a condition of machine parts, tools or workpieces of workpieces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C73/00—Repairing of articles made from plastics or substances in a plastic state, e.g. of articles shaped or produced by using techniques covered by this subclass or subclass B29D
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0091—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by using electromagnetic excitation or detection
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B38/00—Ancillary operations in connection with laminating processes
    • B32B38/10—Removing layers, or parts of layers, mechanically or chemically

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling ply-to-ply machining of a multilayer material, in particular of a composite material.
  • the invention is part of the implementation of any machining technology suitable for removing determined volumes of material, in particular by high pressure abrasive water jet.
  • the invention also relates to an automated bend-to-bend machining control system capable of implementing such a method.
  • the invention applies to large-scale mechanical structures in the fields of wind power, aeronautics or shipbuilding and, in particular but not exclusively, to box panels, frames or walls.
  • these structures are more and more made up of long-fiber materials, in general in composite materials because these materials make it possible to achieve a mechanical strength / weight ratio of a level appreciably higher than the ratios obtained with conventional materials to metal alloy base.
  • Composite materials generally consist of a stack of layers or plies of fibers - carbon, glass, Kevlar or equivalent fibers - oriented in different directions from one ply to the next ply.
  • the plies are impregnated with a resin in order to form an assembly having great strength in the direction of the fibers.
  • variable orientation of the successive layers of the plies and the small thickness of these plies allow adaptability and therefore optimization of the structures as a function of local constraints.
  • Composite materials thus make it possible to produce large structures in one piece.
  • Bonding repair is a more advanced technique that is well suited to composite materials.
  • This repair has been the subject of developments, illustrated for example by the documents of patent EP 2 442 941 , US 2015 185 128 , US 2013 164 481 , US 2013 294 644 or US20150203217 .
  • this repair generally consists in removing the damaged material 9 (in dotted lines on the figure 1a ) and in machining a recess “E” in staircase steps Mi, from successive folds to folds “Pi” (or in a continuous slope), the folds having three orientations in the example (materialized by hatching in different directions).
  • the recess "E” produced using an energy supply system - for example an abrasive water jet - widens from an unmachined bottom ply Px to surface coating 1e of the panel 10.
  • a patch 20 for filling, of the same shape as that of the recess "E" is then prepared and glued with epoxy resin or by co-baking on the steps Mi (or the slopes of the folds) of the panel 10 (cf. . figure 1b ).
  • This patch 20 advantageously presents folds P'i oriented successively like those of panel 1 to be repaired with, once the advances Ai of the patch glued on the steps Mi, an orientation offset of the folds such that each fold P'i of the patch 20 rests on the ply Pi of the panel 10 having the same orientation.
  • Such an assembly conforms to the basic mechanical principle of bonded repair: on each step of the structure, the tensile forces of the ply from below Pi are transferred to the ply P'i of the same orientation that it supports by shearing at the bonding level. The width of each step Mi is thus determined to withstand in shear the stresses that each ply Pi of the structure supports in traction.
  • the boundaries of the damaged plies are drawn by a marker and a map of the plies limits, produced from an image and computer processing, then makes it possible to manufacture filling plies corresponding to these limits.
  • the repair machining must be able to reveal each fold concerned during the operation so that the transfer of shear stresses can be carried out correctly, without attacking or damaging these folds so as not to reduce their mechanical capacity by traction.
  • the machining speed of the recess is indexed to a convergence of the brightness levels, this convergence corresponding to a state model of the folds of the same type.
  • the object of the invention is to achieve a characterization of the quality of machining ply by ply of multilayer materials exhibiting a speed, reproducibility, as well as an archiving reliability much greater than those of manual visual inspection methods.
  • the invention provides for optical characterization by image analysis to check the surface condition of a part after repair machining.
  • the invention also relates to an automated system for controlling the machining of ply-to-ply repair of a surface of a part made of multilayer material, capable of implementing such a method.
  • This system comprises a digital data processing unit in connection with a control of light sources and a control of at least one picture-taking camera.
  • the sources are distributed on linear light ramps mounted on adjacent light walls oriented successively to form a regular polyhedron coinciding with fold orientations and closed around a central axis, the camera being arranged on its central axis.
  • the camera records image brightness signals corresponding to the lighting of the pairs of ramps of light sources of opposite orientation on the part to be inspected and activated successively by the command.
  • An image signal converter is intended to transmit digital image brightness data corresponding to the different fold orientations to the digital processing unit in order to supply brightness information used by the method defined above.
  • an automated repair machining control system 2 comprises eight light walls 11a to 11 o'clock forming a regular octagon 11 with a central axis Z'Z.
  • Each wall 11a to 11 o'clock incorporates a linear ramp of light sources 12, six light-emitting diodes “LEDs” 12a in the example illustrated.
  • the lighting of each light bar 12 has for angle that of the wall 11a at 11 o'clock on which the light bar is fixed and the pairs of bars of two opposite walls, and therefore of opposite orientation, are electrically connected together.
  • the lighting of the ramps 12 fixed on two opposite walls - 11a and 11e, 11b and 11f, 11c and 11g as well as 11d and 11h - are oriented with angle deviations respectively equal to 0 °, 45 °, 90 ° and 135 ° on the composite material panel 10 to be checked, as arranged parallel to the plane of the light ramps 12.
  • the light ramps 12 are advantageously fixed on an XY displacement table 13.
  • the automated system 2 also comprises a digital camera 21, also fixed on the XY displacement table 13, provided with an objective 2a adapted to the spectral band of the LEDs 12a.
  • the objective 2a aligned with the central axis Z'Z, is advantageously provided with a polarizing filter 2b in order to generate images without reflection of the surface 10a of the machined panel 10 for a glued repair. More generally, it is advantageous to adapt the lens, the addition of filters, the type of photosensitive cells of the camera according to the materials tested.
  • the automated system 2 comprises a digital data processing unit 23 integrating a memory module 2m in connection with a control 12c of the light ramps 12 and a control 21c of the shooting camera 21.
  • a signal converter 25 also integrated into the processing unit 23 translates the image signals into digital data that can be used by the processing unit 23.
  • the lighting of the opposite ramps 12 is activated successively by the control 12c and the camera 21 records an image by orientation of the light ramps 12 the digital processing unit 23 managing all the controls.
  • the zone covered by the camera 21 and the light bars 12 are advantageously positioned in XY by the table 13 (cf. figure 2 ) to allow complete control or at least representative of the entire machining.
  • the XY displacement table 13 is controlled by the digital processing unit 23 to allow an assembly of the elementary images which individually extend over approximately 15 ⁇ 15 mm 2 .
  • the converter 25 of the image signals recorded by the camera 21 transmits digital data to the digital processing unit 23 to provide the image information used below (cf. figure 2 ).
  • the images I A to I D show different semi-circular steps Mi around the bottom ply Px, the steps Mi being obtained after a ply-to-ply machining to subsequently carry out the repair of the composite material panel machined 10 by a patch of complementary configuration (cf. figures 1a and 1b ).
  • the brilliance of the Mi steps is differentiated.
  • Such a map of the surface 5 of the machined panel to be inspected 10 is illustrated by the figure 4 .
  • This mapping 5 is carried out by analyzing the four images I A to I D of the figure 3 .
  • the analysis consists in comparing pixel by pixel the four images I A to I D of the machined surface 10a calibrated in ply units as follows. More precisely, when the brightness of a pixel P 0 of an image, for example I A , is greater than that of the same pixel in the other images I B to I D , the pixel P 0 is considered to have the orientation of the image I A.
  • a pixel Pr has similar brightness levels in the four images I A to I D , that pixel Pr is considered to be resin.
  • This surface mapping 5 then makes it possible to estimate directly, in an automated, rapid and reproducible manner by the processing unit 23, the machining quality as a function of the homogeneity of the allocations of pixels on the various images I A to I D corresponding to the different fold orientations.
  • This direct estimate is digitally archived in the memory module 2m of the processing unit 23.
  • the surface percentages of the five phases - the four fold orientations and the resin - the surface mapping 5 can also be used by the processing unit 23 by zone, in the example by step Mi, and define a percentage of each fold orientation for a reference orientation, a 45 ° orientation in the example: 85% 45 ° folds, 8% resin and 7% 90 ° folds. These percentages are then used to validate the machining tolerance in fold unit for this panel 10, as referenced in the memory module 2m of the processing unit 23 (cf. figure 2 ). The cartography is also archived in this module 2m.
  • mapping 5 The surface percentages of the five phases of mapping 5 also make it possible to define depths machined in ply units, as shown in graph "G" of the diagram. figure 5 .
  • This graph “G” shows the evolution of the curve C P of surface percentage of controlled phase Ph% over two consecutive folds P + 1 and P-1 for different depths in unit fold P% located around the inter-fold interface taken as 100% reference.
  • the Cr “resin” phase percentage curve is also reported.
  • Each depth in unit fold P% for example 80% on the graph of the figure 5 , corresponds to specific distributions which are substantially complementary to the controlled area percentage Ph% in the P + 1 and P-1 plies, approximately 10% and 35% respectively in the example, with approximately 55% resin.
  • the “G” graphic is also archived in the 2m memory module (cf. figure 2 ).
  • the method according to the invention can be totally, semi or partially automated.
  • the number of light walls can be 6, 10 or 12 or more, and the number of light sources per ramp can also vary.
  • two cameras positioned opposite can be used.
  • the light walls may not be coupled in pairs.

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Description

    DOMAINE TECHNIQUE
  • L'invention se rapporte à un procédé de contrôle d'usinage pli à pli de matériau multicouche, en particulier de matériau composite. L'invention s'inscrit dans le cadre d'une mise en œuvre de toute technologie d'usinage appropriée pour retirer des volumes de matière déterminés, en particulier par jet d'eau abrasif à haute pression. L'invention se rapporte également à un système automatisé de contrôle d'usinage pli à pli apte à mettre en œuvre un tel procédé.
  • L'invention s'applique aux structures mécaniques de grande dimension dans les domaines de l'éolien, de l'aéronautique ou de la construction navale et, en particulier mais non exclusivement, aux panneaux de caisson, de cadres ou de parois. De nos jours, ces structures sont de plus en plus constituées de matériaux à fibres longues, en général en matériaux composites car ces matériaux permettent d'atteindre un ratio tenue mécanique / poids d'un niveau sensiblement supérieur aux ratios obtenus avec les matériaux classiques à base d'alliage métallique.
  • Les matériaux composites sont, de manière générale, constitués d'un empilement de couches ou plis de fibres - fibres de carbone, de verre, de kevlar ou équivalent - orientées selon des directions différentes d'un pli au pli suivant. Les plis sont imprégnés d'une résine afin de former un ensemble présentant une grande solidité dans le sens des fibres.
  • De plus, l'orientation variable des couches successives des plis et la faible épaisseur de ces plis permettent une adaptabilité et donc une optimisation des structures en fonction des contraintes locales. Les matériaux composites permettent ainsi de réaliser de grandes structures en un seul tenant.
    • ÉTAT DE LA TECHNIQUE
  • Cependant, le coût élevé de fabrication des matériaux composites impose de les réparer en cas d'impact ou de défaut.
  • En aéronautique plus particulièrement, deux méthodes principales se sont développées pour la réparation des structures composites : la réparation boulonnée et la réparation collée. La réparation boulonnée, déjà utilisée pour les structures métalliques, est moins adaptée aux spécificités des matériaux composites. En effet, cette technique présente l'inconvénient majeur de nécessiter un grand nombre de perçages pour le rivetage, et ces perçages sont incompatibles avec les caractéristiques mécaniques des matériaux composites à fibres longues.
  • La réparation par collage constitue une technique plus évoluée et bien adaptée aux matériaux composites. Cette réparation a fait l'objet de développements, illustrés par exemple par les documents de brevet EP 2 442 941 , US 2015185128 , US 2013164481 , US 2013294644 ou US20150203217 . Comme illustré par la vue en coupe d'un panneau en matériau composite 10 de la figure 1a, cette réparation consiste en général à enlever la matière endommagée 9 (en traits pointillés sur la figure 1a) et à usiner un évidement « E » en marches d'escalier Mi, de pli à pli « Pi » successifs (ou en pente continue), les plis présentant trois orientations dans l'exemple (matérialisées par des hachures de directions différentes). L'évidement « E », réalisé à l'aide d'un système d'apport d'énergie - par exemple de jet d'eau abrasif -, s'élargit à partir d'un pli de fond Px non usiné jusqu'au revêtement de surface 1e du panneau 10.
  • Un patch 20 de rebouchage, de même forme que celle de l'évidement « E », est alors préparé et collé par de la résine époxy ou par co-cuisson sur les marches Mi (ou les pentes des plis) du panneau 10 (cf. figure 1b). Ce patch 20 présente avantageusement des plis P'i orientés successivement comme ceux du panneau 1 à réparer avec, une fois les avancées Ai du patch collé sur les marches Mi, un décalage d'orientation des plis tel que chaque pli P'i du patch 20 prend appui sur le pli Pi du panneau 10 présentant la même orientation.
  • Un tel assemblage est conforme au principe mécanique de base de la réparation collée: sur chaque marche de la structure, les efforts de traction du pli d'en dessous Pi sont transférés au pli P'i de même orientation qu'il supporte par cisaillement au niveau du collage. La largeur de chaque marche Mi est ainsi déterminée pour supporter en cisaillement les contraintes que chaque pli Pi de la structure supporte en traction.
  • Dans le document US2013294644 , les limites des plis endommagés sont tracées par un marqueur et une carte des limites de plis, réalisée à partir d'une image et un traitement informatique, permet alors de fabriquer des plis de remplissage correspondants à ces limites. Cependant, l'usinage de réparation doit pouvoir faire apparaitre chaque pli concerné au cours de l'opération de sorte que le transfert des contraintes par cisaillement puisse s'effectuer correctement, sans attaquer ni abimer ces plis afin de ne pas réduire leur capacité mécanique en traction. Par ailleurs, selon le document WO2013156124 , la vitesse d'usinage de l'évidement est indexée à une convergence des niveaux de luminosité, cette convergence correspondant à un modèle d'état des plis de même typologie.
  • Les besoins en précision dans l'usinage et le collage génèrent une grande variabilité dans leur exécution, variabilité qui résulte des singularités des matériaux telles que les relaxations, les reprises de plis (décalage,...), l'épaisseur variable des plis (défauts internes), ou la présence de différents matériaux. Or, aucun moyen de contrôle non-destructif et fiable n'a été jusqu'à présent développé pour valider la bonne exécution des phases d'usinage et de collage si bien que la réparation collée de pièces de structure n'est pas certifiée en aéronautique.
  • Il est ainsi apparu utile de réduire les variabilités des différentes phases de la réparation collée par une automatisation de l'usinage - par jet d'eau abrasif, laser, outillage coupant ou ultrasons - et de définir des indicateurs qualitatifs permettant de valider certaines phases.
  • Cependant, les variabilités géométriques des pièces à réparer résultant des singularités visés ci-dessus empêchent de définir des critères de qualité géométriques et seuls des critères visuels, non automatisés, sont ainsi utilisés: chaque marche est observée et le pourcentage de la marche en surface présentant la bonne orientation de fibres est indiqué. Cette démarche est longue, fastidieuse, peu reproductible et l'archivage des résultats est incertain.
  • De tels procédés de contrôle visuels et manuels restent aléatoires et la variabilité de mesure demeure en définitive inférieure à celle du phénomène à contrôler.
    • EXPOSÉ DE L'INVENTION
  • L'invention vise à réaliser une caractérisation de la qualité d'usinage pli à pli de matériaux multicouches présentant une rapidité, une reproductibilité, ainsi qu'une fiabilité d'archivage bien supérieure à celles des procédés manuels de contrôle visuels. Pour ce faire, l'invention prévoit une caractérisation optique par une analyse d'image pour contrôler l'état de surface d'une pièce après un usinage de réparation.
  • A ce titre, la présente invention a pour objet un procédé de contrôle d'usinage pli à pli d'une pièce en matériau composite multicouche de type fibres - résine en réparation par l'usinage d'un évidement en marches d'escalier pli à pli ou en pente continue d'un empilement de plis de différentes orientations successives, comportant les étapes suivantes:
    • prise d'images selon des éclairages d'orientation différente d'une surface de la pièce usinée à contrôler en fonction des orientations et des caractéristiques optiques des plis usinés;
    • analyse par comparaison des images pixel par pixel afin de déterminer l'orientation de chaque pixel comme correspondant à celle de l'image dans laquelle ce pixel a une brillance supérieure;
    • si le pixel présente une brillance similaire sur toutes les images, ce pixel est attribué à de la résine;
    • construction d'une cartographie en unité pli de la surface à contrôler par l'application de l'analyse précédente à l'ensemble des pixels ;
    • estimation d'un niveau de qualité d'usinage à partir de la cartographie réalisée, et
    • archivage de chaque cartographie ainsi réalisée en tant que résultat d'usinage.
  • Selon des mises en œuvre avantageuses :
    • une étape supplémentaire, avant archivage, de détermination par zone, en particulier par marche, de la répartition surfacique des phases d'orientations de pli et de résine afin de valider en unité pli une tolérance d'usinage prédéterminée;
    • l'étape supplémentaire est suivie d'une étape complémentaire de détermination de la profondeur usinée en unité pli à partir de ladite répartition surfacique ;
    • la détermination de la profondeur usinée en unité pli est établie pour chaque phase par un report graphique de sa répartition surfacique en fonction de différentes profondeurs en unité pli.
  • L'invention se rapporte également à un système automatisé de contrôle d'usinage de réparation pli à pli d'une surface d'une pièce en matériau multicouche, apte à mettre en œuvre un tel procédé. Ce système comporte une unité de traitement numérique de données en liaison avec une commande de sources lumineuses et une commande d'au moins une caméra de prises de vue. Les sources sont réparties sur des rampes de lumière linéaires montées sur des murs de lumière adjacents orientés successivement pour former un polyèdre régulier coïncidant avec des orientations de pli et fermé autour d'un axe central, la caméra étant agencée sur son axe central.
  • La caméra enregistre des signaux de brillance d'images correspondant à l'éclairage des couples de rampes de sources lumineuses d'orientation opposée sur la pièce à contrôler et activées successivement par la commande. Un convertisseur des signaux d'images est destiné à transmettre des données numériques de brillance d'images correspondant aux différentes orientations de pli à l'unité de traitement numérique pour fournir des informations de brillance exploitées par le procédé défini ci-dessus.
  • Selon des modes de réalisation préférés :
    • la caméra et les sources lumineuses sont fixées sur une table de déplacement en XY asservie par l'unité de traitement pour positionner la caméra et les rampes de lumière afin de réaliser un assemblage d'images élémentaires enregistrées par la caméra lors de l'éclairage des couples de rampes de lumière d'orientation opposée activées successivement par la commande;
    • l'unité de traitement numérique comporte un module de mémoire pour archiver les données de brillance, d'orientation des pixels, de cartographie et d'estimation de niveau de qualité d'usinage issues du traitement des données des signaux d'images selon le procédé de l'invention;
    • le module de mémoire de l'unité de traitement numérique comporte également des données de tolérance d'usinage prédéterminées en fonction du matériau et des caractéristiques mécaniques de la pièce;
    • la bande spectrale des sources lumineuses, les orientations des murs et donc des éclairages des rampes de sources lumineuses ainsi que les caractéristiques optiques de la caméra, en particulier de filtrage par un filtre polarisé, sont adaptées au matériau multicouche usiné;
    • le polyèdre des murs de lumière est un octogone et les sources lumineuses sont des diodes électroluminescentes alignées le long de chaque face de cet octogone.
    PRÉSENTATION DES FIGURES
  • D'autres données, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description non limitée qui suit, en référence aux figures annexées qui représentent, respectivement :
    • les figures 1a et 1b, des vues en coupe d'un panneau multicouche tel qu'usiné pour une réparation locale (figure 1a) et tel que rebouché par un patch (figure 1b) selon la technique connue de réparation collée (déjà commentées);
    • la figure 2, une vue supérieure d'un exemple de système de contrôle selon l'invention avec des murs de lumière formant un octogone autour de la caméra de prise de vues;
    • la figure 3, un ensemble de quatre vues d'image (IA à ID) prises par la caméra de la figure 2 pour respectivement quatre orientations d'éclairage obtenues successivement par les murs de lumière de la figure 2;
    • la figure 4, une cartographie de la surface usinée obtenue par sélection de l'orientation de chaque pixel à partir d'une comparaison des valeurs de brillance de ce pixel dans les images de la figure 3, et
    • la figure 5, un graphique d'évolution du pourcentage surfacique contrôlé de différentes phases d'orientation de pli et de résine pour différentes profondeurs en unité pli.
    DESCRIPTION DÉTAILLÉE
  • En référence à la vue supérieure de la figure 2, un système automatisé de contrôle d'usinage de réparation 2 selon l'invention comporte huit murs de lumière 11a à 11h formant un octogone régulier 11 d'axe central Z'Z. Chaque couple de murs adjacents, par exemple 11a et 11b, forment un écart angulaire de 45° et deux murs symétriquement opposés par rapport à l'axe Z'Z, par exemple 11a et 11e, sont parallèles.
  • Chaque mur 11a à 11h intègre une rampe linéaire de sources lumineuses 12, six diodes électroluminescentes « LED » 12a dans l'exemple illustré. L'éclairage de chaque rampe de lumière 12 a pour angle celui du mur 11a à 11h sur lequel la rampe de lumière est fixée et les paires de rampe de deux murs opposés, et donc d'orientation opposée, sont connectées électriquement ensemble.
  • En prenant pour référence un plan II-II perpendiculaire à deux murs opposés, 11a et 11e dans l'exemple, les éclairages des rampes 12 fixés sur deux murs opposés - 11a et 11e, 11b et 11f, 11c et 11g ainsi que 11d et 11h - sont orientés avec des écarts d'angle respectivement égaux à 0°, 45°, 90° et 135° sur le panneau de matériau composite 10 à contrôler, tel que disposé parallèlement au plan des rampes de lumière 12. Les rampes de lumière 12 sont avantageusement fixées sur une table de déplacement en XY 13.
  • Le système automatisé 2 comporte également une caméra de prise de vues numérique 21, fixée également sur la table de déplacement en XY 13, munie d'un objectif 2a adapté à la bande spectrale des LED 12a. L'objectif 2a, aligné sur l'axe central Z'Z, est avantageusement muni d'un filtre polarisant 2b afin de générer des images sans reflet de la surface 10a du panneau usiné 10 pour une réparation collée. Plus généralement, il est avantageux d'adapter l'objectif, l'ajout de filtres, le type de cellules photosensibles de la caméra en fonction des matériaux contrôlés.
  • De plus, il est avantageusement tenu compte des orientations principales des couches du matériau multicouche à contrôler pour définir les caractéristiques optiques de la caméra et le nombre de rampes de lumière pour utiliser des écarts d'angle pertinents entre ces rampes afin de couvrir toute la zone de réparation.
  • En outre, le système automatisé 2 comporte une unité de traitement numérique de données 23 intégrant un module mémoire 2m en liaison avec une commande 12c des rampes de lumière 12 et une commande 21c de la caméra de prises de vue 21. Un convertisseur de signaux 25 intégré également à l'unité de traitement 23 traduit les signaux d'image en données numériques exploitables par l'unité de traitement 23.
  • En fonctionnement, l'éclairage des rampes opposées 12 est activée successivement par la commande 12c et la camera 21 enregistre une image par orientation des rampes de lumière 12 l'unité de traitement numérique 23 gérant l'ensemble des commandes.
  • En référence aux quatre vues d'image IA à ID de la figure 3 ainsi obtenues, la zone couverte par la caméra 21 et les rampes de lumière 12 sont avantageusement positionnées en XY par la table 13 (cf. figure 2) pour permettre un contrôle complet ou au moins représentatif de tout l'usinage. Les quatre images obtenues IA à ID pour les quatre orientations de lumière 0°, 45°, 90° et 135°, coïncidant avec les orientations des plis, s'étendent sur une zone large de 300 x 130 mm2. Plus précisément, la table de déplacement en XY 13 est asservie par l'unité de traitement numérique 23 pour permettre un assemblage des images élémentaires qui s'étendent individuellement sur environ 15 x 15 mm2. Le convertisseur 25 des signaux d'images enregistrés par la caméra 21 transmet des données numériques à l'unité de traitement numérique 23 pour fournir les informations d'image exploitées ci-dessous (cf. figure 2).
  • Les images IA à ID présentent différentes marches demi-circulaires Mi autour du pli de fond Px, les marches Mi étant obtenues après un usinage pli à pli pour effectuer ultérieurement la réparation du panneau de matériau composite usinée 10 par un patch de configuration complémentaire (cf. figures 1a et 1b). Selon l'orientation des rampes de lumière, la brillance des marches Mi est différenciée. Ces différences de brillance sont exploitées avec l'élaboration ci-dessous d'une cartographie de surface pour estimer le niveau de qualité de l'usinage.
  • Une telle cartographie de surface 5 du panneau usinée à contrôler 10 est illustrée par la figure 4. Cette cartographie 5 est réalisée en analysant, les quatre images IA à ID de la figure 3. L'analyse consiste à comparer pixel à pixel les quatre images IA à ID de la surface usinée 10a calibrée en unité pli de la manière suivante. Plus précisément, lorsque la brillance d'un pixel P0 d'une image, par exemple IA, est supérieure que celle du même pixel dans les autres images IB à ID, le pixel P0 est considéré avoir l'orientation de l'image IA. Lorsqu'un pixel Pr a des niveaux de brillance similaires dans les quatre images IA à ID, ce pixel Pr est considéré être de la résine.
  • Cette cartographie de surface 5 permet alors d'estimer directement, de façon automatisée, rapide et reproductible par l'unité de traitement 23, la qualité d'usinage en fonction de l'homogénéité des attributions de pixels sur les différentes images IA à ID correspondant aux différentes orientations de pli. Cette estimation directe est archivée numériquement dans le module mémoire 2m de l'unité de traitement 23.
  • Avantageusement, les pourcentages surfaciques des cinq phases - les quatre orientations de pli et la résine - la cartographie de surface 5 peut également être exploitée par l'unité de traitement 23 par zone, dans l'exemple par marche Mi, et définir un pourcentage de chaque orientation de pli pour une orientation de référence, une orientation à 45° dans l'exemple : 85% de plis à 45°, 8% de résine et 7% de plis à 90°. Ces pourcentages servent alors à valider la tolérance d'usinage en unité pli pour ce panneau 10, telle que référencée dans le module mémoire 2m de l'unité de traitement 23 (cf. figure 2). La cartographie est également archivée dans ce module 2m.
  • Les pourcentages surfaciques des cinq phases de la cartographie 5 permettent egalement de définir des profondeurs usinées en unité pli, comme le montre le graphique « G » de la figure 5.
  • Ce graphique « G » montre l'évolution de la courbe CP de pourcentage surfacique de phase contrôlée Ph% sur deux plis consécutifs P+1 et P-1 pour différentes profondeurs en unité pli P% situées autour de l'interface inter-pli pris comme référence 100%. La courbe de pourcentage de phase « résine » Cr est également reportée.
  • Chaque profondeur en unité pli P%, par exemple 80% sur le graphe de la figure 5, correspond à des répartitions spécifiques sensiblement complémentaires du pourcentage surfacique contrôlée Ph% dans les plis P+1 et P-1, environ respectivement 10% et 35% dans l'exemple, avec environ 55% de résine. Le graphique « G » est également archivé dans le module mémoire 2m (cf. figure 2).
  • Le procédé selon l'invention peut être totalement, semi ou partiellement automatisé. D'autre part, le nombre de murs de lumière peut être de 6, 10 ou 12 ou plus, et le nombre de sources lumineuses par rampe peut également varier. En outre, deux caméras positionnées en vis-à-vis peuvent être utilisées. De plus, les murs de lumière peuvent ne pas être couplés par paires.

Claims (10)

  1. Procédé de contrôle d'usinage pli à pli d'une pièce en matériau composite multicouche (10) de type fibres - résine en réparation par l'usinage d'un évidement (E) en marches d'escalier (Mi) pli à pli ou en pente continue d'un empilement de plis (Pi) de différentes orientations successives, en liaison avec une imagerie caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
    - prise d'images (IA à ID) selon des éclairages d'orientation différente (12) d'une surface (10a) de la pièce usinée à contrôler (10) en fonction des orientations et des caractéristiques optiques des plis usinés (Pi);
    - analyse par comparaison des images (IA à ID) pixel par pixel (P0) afin de déterminer l'orientation de chaque pixel (P0) comme correspondant à celle de l'image dans laquelle ce pixel a une brillance supérieure;
    - si le pixel présente une brillance similaire sur toutes les images (IA à ID), ce pixel (Pr) est attribué à de la résine;
    - construction d'une cartographie (5) en unité pli de la surface à contrôler (10a) par l'application de l'analyse précédente à l'ensemble des pixels ;
    - estimation d'un niveau de qualité d'usinage à partir de la cartographie réalisée (5), et
    - archivage (2m) de chaque cartographie (5) ainsi réalisée en tant que résultat d'usinage.
  2. Procédé de contrôle d'usinage pli à pli selon la revendication 1, dans lequel une étape supplémentaire, avant archivage, de détermination par zone, en particulier par marche (Mi), de la répartition surfacique des phases d'orientations de pli et de résine (Ph%) afin de valider en unité pli une tolérance d'usinage prédéterminée.
  3. Procédé de contrôle d'usinage pli à pli selon la revendication précédente, dans lequel l'étape supplémentaire est suivie d'une étape complémentaire de détermination de la profondeur usinée en unité pli (P%) à partir de ladite répartition surfacique (Ph%).
  4. Procédé de contrôle d'usinage pli à pli selon la revendication précédente, dans lequel la détermination de la profondeur usinée en unité pli (P%) est établie pour chaque phase par un report graphique (G) de sa répartition surfacique (Ph%) en fonction de différentes profondeurs en unité pli (P%).
  5. Système automatisé de contrôle d'usinage de réparation pli à pli (2) d'une surface (10a) d'une pièce en matériau multicouche (10), comportant une unité de traitement numérique de données (23) en liaison avec une commande (12c) de sources lumineuses (12a) et une commande (21c) d'au moins une caméra de prises de vue (21), caractérisé en ce que les sources (12a) sont réparties sur des rampes de lumière linéaires (12) montées sur des murs de lumière adjacents (11a à 11h) orientés successivement pour former un polyèdre régulier (11) coïncidant avec des orientations de pli et fermé autour d'un axe central (Z'Z), la caméra (21) étant agencée sur cet axe central (Z'Z) et étant destinée à enregistrer des signaux de brillance d'images correspondant à l'éclairage des couples de rampes de sources lumineuses (12) d'orientation opposée sur la pièce à contrôler (10) et activées successivement par la commande (12c), et en ce qu'un convertisseur des signaux d'images (25) est destiné à transmettre des données numériques de brillance d'images (IA à ID) correspondant aux différentes orientations de pli à l'unité de traitement numérique (23) pour fournir des informations de brillance exploitées par le procédé de contrôle d'usinage selon l'une quelconque des revendications précédentes.
  6. Système automatisé de contrôle d'usinage selon la revendication précédente, dans lequel la caméra (21) et les sources lumineuses (12a) sont fixées sur une table de déplacement en XY (13) asservie par l'unité de traitement (23) pour positionner la caméra (21) et les rampes de lumière (12) afin de réaliser un assemblage d'images élémentaires enregistrées par la caméra (21) lors de l'éclairage des couples de rampes de lumière (12) d'orientation opposées activées successivement par la commande (12c).
  7. Système automatisé de contrôle d'usinage selon l'une des revendications 5 ou 6, dans lequel l'unité de traitement numérique (23) comporte un module de mémoire (2m) pour archiver les données de brillance, d'orientation des pixels (P0, Pr), de cartographie (5) et d'estimation de niveau de qualité d'usinage issues du traitement des données des signaux d'images.
  8. Système automatisé de contrôle d'usinage selon l'une des revendications 5 à 7, dans lequel le module de mémoire (2m) de l'unité de traitement numérique (23) comporte également des données de tolérance d'usinage prédéterminées en fonction du matériau et des caractéristiques mécaniques de la pièce (10).
  9. Système automatisé de contrôle d'usinage selon l'une des revendications 5 à 8, dans lequel la bande spectrale des sources lumineuses (12a), les orientations des murs (11a à 11h) et donc des éclairages des rampes de sources lumineuses (12) ainsi que les caractéristiques optiques de la caméra (21), en particulier de filtrage par un filtre polarisé (2b), sont adaptées au matériau multicouche usiné.
  10. Système automatisé de contrôle d'usinage selon l'une des revendications 5 à 9, dans lequel le polyèdre (11) des murs de lumière (11a à 11h) est un octogone et les sources lumineuses (12a) sont des diodes électroluminescentes alignées le long de chaque face de cet octogone (11).
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